專利名稱：等離子體氮化處理方法和等離子體氮化處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體氮化處理方法和等離子體裝置。
背景技術(shù)：
利用等離子體進(jìn)行成膜等的處理的等離子體處理裝置，例如，在硅、化合物半導(dǎo)體制作的各種半導(dǎo)體裝置、液晶顯示裝置(LCD)為代表的FPD (平板顯示器)等的制造過程中使用。這樣的等離子體處理裝置中，作為處理容器內(nèi)的部件，多用石英等的電介質(zhì)為材質(zhì)的零部件。例如，已知有通過具有多個(gè)縫隙的平面天線向處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波，產(chǎn)生等離子體的微波激勵(lì)等離子體處理裝置。該微波激勵(lì)等離子體處理裝置將引導(dǎo)到平面天線的微波通過石英制的微波透過板(也稱為頂板或透過窗)，導(dǎo)入處理容器內(nèi)的空間，由此，與處理氣體反應(yīng)，產(chǎn)生高密度的等離子體(例如，專利文獻(xiàn)I)。但是，制造各種半導(dǎo)體裝置、FPD等的產(chǎn)品時(shí)，設(shè)定產(chǎn)品管理上容許的處理結(jié)果的 面間均勻性(基板和基板之間的均勻性)和顆粒數(shù)的基準(zhǔn)值(容許顆粒數(shù))。因此，實(shí)現(xiàn)處理結(jié)果的面間均勻性的提高和顆粒數(shù)的降低對(duì)于提高產(chǎn)品的合格率是極其重要的。在此，“處理結(jié)果的面間均勻性”是指例如，使用同一等離子體處理裝置，在對(duì)被處理體表面的硅氮化處理的等離子體氮化處理中，在作為處理對(duì)象的多個(gè)基板間氮化膜的膜厚或氮摻入量等的不均在一定范圍內(nèi)。但是，使用某種等離子體處理裝置，對(duì)多個(gè)被處理體反復(fù)實(shí)施等離子體氮化處理期間，氮摻入量的面間均勻性惡化，或者從處理裝置產(chǎn)生的顆粒數(shù)增加，超過上述基準(zhǔn)值。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-34579號(hào)公報(bào)(圖I等)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種即使在同一處理容器內(nèi)對(duì)多個(gè)被處理體連續(xù)進(jìn)行等離子體氮化處理，也能夠維持氮摻入量的面間均勻性，并且能夠抑制來自處理容器的顆粒的產(chǎn)生的等離子體氮化處理方法。本發(fā)明者對(duì)于在等離子體處理裝置中，對(duì)多個(gè)被處理體重復(fù)進(jìn)行等離子體氮化處理期間面間均勻性惡化并且來自處理裝置的顆粒數(shù)增加的現(xiàn)象，進(jìn)行了原因的研究。其結(jié)果，根據(jù)處理?xiàng)l件，等離子體處理裝置內(nèi)的部件(例如，石英部件)的表面狀態(tài)發(fā)生變化，這與面間均勻性的惡化和顆粒的具有很深的關(guān)系。本發(fā)明基于上述見解而完成。S卩，本發(fā)明的等離子體氮化處理方法以使包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的流量在換算成每IL的處理容器的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min(sccm)]時(shí)處于I. 5(mL/min)/L以上13 (mL/min)/L以下的范圍內(nèi)的方式,將所述處理氣體導(dǎo)入等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)，在所述處理容器內(nèi)產(chǎn)生含氮等離子體，利用該含氮等離子體，更換具有含氧膜的被處理體，并對(duì)多個(gè)被處理體的含氧膜進(jìn)行氮化處理。
本發(fā)明的等離子體氮化處理方法優(yōu)選所述氮?dú)夂拖∮袣怏w的體積流量比(氮?dú)?稀有氣體)在O. 05以上O. 8以下的范圍內(nèi)。這種情況下，所述氮?dú)獾牧髁績(jī)?yōu)選在4. 7mL/min(sccm)以上225mL/min (sccm)以下的范圍內(nèi)，并且所述稀有氣體的流量?jī)?yōu)選在95mL/min(sccm)以上275mL/min (sccm)以下的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明的等離子體氮化處理方法優(yōu)選所述處理容器內(nèi)的壓力1.3Pa以上133Pa以下的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明的等離子體氮化處理方法優(yōu)選所述等離子體氮化處理中對(duì)I枚被處理體的處理時(shí)間在10秒以上300秒以下。此外，本發(fā)明的等離子體氮化處理裝置方法中，所述等離子體處理裝置包括上部具有開口的所述處理容器； 配置在所述處理容器內(nèi)，載置被處理體的載置臺(tái)；與所述載置臺(tái)相對(duì)設(shè)置，塞住所述處理容器的開口并且使微波透過的透過板；設(shè)置在所述透過板的外側(cè)，具有用于向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波的多個(gè)縫隙的平面天線；從氣體供給裝置向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的氣體導(dǎo)入部；和對(duì)所述處理容器內(nèi)進(jìn)行減壓排氣的排氣裝置，所述氮等離子體優(yōu)選為通過所述處理氣體和由所述平面天線導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)的微波而形成的微波激勵(lì)等離子體。此外，本發(fā)明的等離子體氮化處理方法，優(yōu)選所述微波的功率密度相對(duì)于所述透過板的每單位面積處于O. 6ff/cm2以上2. 5ff/cm2以下的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明的等離子體氮化處理方法，處理溫度作為所述載置臺(tái)的溫度，優(yōu)選為250C (室溫)以上600°C以下的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明的等離子體氮化處理裝置包括上部具有開口的所述處理容器；配置在所述處理容器內(nèi)，載置被處理體的載置臺(tái)；與所述載置臺(tái)相對(duì)設(shè)置，塞住所述處理容器的開口并且使微波透過的透過板；設(shè)置于所述透過板的外側(cè)，具有用于向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波的多個(gè)縫隙的平面天線；從氣體供給裝置向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的氣體導(dǎo)入部；對(duì)所述處理容器內(nèi)進(jìn)行減壓排氣的排氣裝置；以在所述處理容器內(nèi)對(duì)被處理體進(jìn)行等離子體氮化處理的方式進(jìn)行控制的控制部 在所述等離子體氮化處理裝置中，所述控制部執(zhí)行如下步驟，通過所述排氣裝置對(duì)所述處理容器內(nèi)進(jìn)行排氣，將所述處理容器內(nèi)減壓到規(guī)定的壓力的步驟；從所述氣體供給裝置經(jīng)由所述氣體導(dǎo)入部向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入所述包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的步驟，所述處理氣體得流量在換算成每IL所述處理容器的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min (sccm)]時(shí)處于I. 5 (mL/min)/L以上13 (mL/min)/L以下的范圍內(nèi)，；經(jīng)由所述平面天線和所述透過板將所述微波導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)，在所述處理容器內(nèi)產(chǎn)生含氮等離子體的步驟；和，通過所述含氮等離子體，對(duì)具有含氧膜的被處理體的該含氧膜進(jìn)行氮化處理的步驟。本發(fā)明的等離子體氮化處理方法，以包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的總流量在1.5 (mL/min)/L以上13 (mL/min)/L以下的范圍內(nèi)的方式，向處理容器導(dǎo)入該處理氣體。由此，能夠提高被處理體之間的處理的均勻性(面間均勻性)并且能夠抑制處理容器內(nèi)的石英部件的氧化，能夠有效抑制在處理容器內(nèi)顆粒的產(chǎn)生。此外，通過以上述總流量進(jìn)行處理，能夠抑制在不同的種類的晶片間由于累積效果帶來的氮摻入量的變動(dòng)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒發(fā)生減少、可靠性高的等離子體氮化處理。


圖I為表示適合實(shí)施本發(fā)明的等離子體氮化處理方法的等離子體淡化處理裝置的構(gòu)成例的概略截面圖。圖2為表示平面天線的結(jié)構(gòu)的圖。圖3為表示控制部的結(jié)構(gòu)的說明圖。圖4為說明等離子體氮化處理中的石英部件的表面的變化的圖。圖5為接著圖4說明石英部件的表面的狀態(tài)的圖。
圖6為接著圖5說明石英部件的表面的狀態(tài)的圖。圖7為接著圖6說明石英部件的表面的狀態(tài)的圖。圖8為表示實(shí)驗(yàn)例I中的小流量條件I-A下形成的硅氮化膜的氮摻入量和其晶片間的均勻性的結(jié)果的圖。圖9為表示實(shí)驗(yàn)例I中的大流量條件I-B下形成的硅氮化膜的氮摻入量和其晶片間的均勻性的結(jié)果的圖。圖10為表示實(shí)驗(yàn)例I中的大流量條件I-C下形成的硅氮化膜的氮摻入量和其晶片間的均勻性的結(jié)果的圖。圖11為表不實(shí)驗(yàn)例2中的晶片的處理枚數(shù)和顆粒數(shù)的關(guān)系的圖。圖12為表示實(shí)驗(yàn)例3中形成的硅氮化膜的氮摻入量和其晶片面內(nèi)均勻性的圖。圖13為比較實(shí)驗(yàn)例4中的小流量條件和大流量條件下的等離子體氮化處理后的透過板的狀態(tài)的圖。圖14為表示第一方案的等離子體調(diào)節(jié)前后的晶片表面的污染物量的測(cè)定結(jié)果的圖。圖15為表示第一方案的等離子體調(diào)節(jié)前后的晶片背面的污染物量的測(cè)定結(jié)果的圖。圖16為表示第二方案的等離子體調(diào)節(jié)前后的晶片表面的污染物量的測(cè)定結(jié)果的圖。圖17為表示第二方案的等離子體調(diào)節(jié)前后的晶片背面的污染物量的測(cè)定結(jié)果的圖。圖18為表示第三方案的等離子體調(diào)節(jié)后的晶片表面和背面的污染物量的測(cè)定結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一實(shí)施方式的等離子體氮化處理方法。首先，參照?qǐng)DI 3，對(duì)本發(fā)明的等離子體氮化處理方法能夠利用的等離子體氮化處理裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖I為示意性的表示等離子體氮化處理裝置100的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2為表示圖I的等離子體處理裝置100的平面天線的平面圖，圖3為說明等離子體處理裝置100的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。等離子體處理裝置100，作為例如通過具有多個(gè)縫隙狀孔的平面天線，特別是RLSACRadial Line Slot Antenna :自由基線性縫隙天線)直接將微波導(dǎo)入處理容器內(nèi)，在處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體的RLSA微波等離子體處理裝置而構(gòu)成。等離子體氮化處理裝置100 中，能夠產(chǎn)生高密度并且低電子溫度的微波激勵(lì)等離子體。等離子體氮化處理裝置100，能夠通過IX 101° 5X IO1Vcm3的等離子體密度并且具有O. 7 2eV的低電子溫度的等離子體進(jìn)行處理。因此，等離子體氮化處理裝置100，在各種半導(dǎo)體裝置的制造過程中，例如氮化氧化硅膜、硅形成氮化氧化硅膜(SiON膜)或氮化硅膜(SiN膜)等的目的中適宜利用。等離子體氮化處理裝置100作為主要構(gòu)成具備收納作為被處理體的半導(dǎo)體晶片(以下，簡(jiǎn)記為“晶片”)W的處理容器I ;在處理容器I內(nèi)載置晶片W的載置臺(tái)2 ;與氣體供給裝置18連接，向處理容器I內(nèi)導(dǎo)入氣體的氣體導(dǎo)入部15 ;對(duì)處理容器I內(nèi)進(jìn)行減壓排氣用的排氣裝置24 ;設(shè)置在處理容器I的上部，向處理容器I內(nèi)導(dǎo)入微波，產(chǎn)生等離子體的作為等離子體生成單元的微波導(dǎo)入裝置27 ;和對(duì)這些等離子體處理裝置100的各構(gòu)成部進(jìn)行控制的控制部50。另外，被處理體(晶片W)用于在其表面形成的各種薄膜，例如包括聚硅層、氧化硅膜等。此外，氣體供給裝置18可以包括在等離子體氮化處理裝置100的構(gòu)成部分中，也可以不包括在構(gòu)成部分中，而將外部的氣體供給裝置與氣體導(dǎo)入部15連接加以使用。處理容器I由接地的大致圓筒狀的容器形成。處理容器I的容積能夠適當(dāng)調(diào)整，但是本實(shí)施方式具有例如55L的容積。另外，處理容器I也可以由方筒形狀的容器形成。處理容器I上部開口，具有鋁等的材質(zhì)構(gòu)成的底壁Ia和側(cè)壁lb。在側(cè)壁Ib的內(nèi)部設(shè)置熱介質(zhì)流路Ic。在處理容器I的內(nèi)部，設(shè)置有水平載置作為被處理體的晶片W用的載置臺(tái)2。載置臺(tái)2例如由A1N、A1203等的陶瓷構(gòu)成。其中，特別優(yōu)選使用熱傳導(dǎo)性高的材質(zhì)例如A1N。該載置臺(tái)2通過從排氣室11的底部中央向上方延伸的圓筒狀的支撐部件3支撐。支撐部件3例如由AlN等的陶瓷構(gòu)成。此外，載置臺(tái)2上設(shè)置覆蓋其邊緣部或整面，并且用于引導(dǎo)晶片W用的覆蓋部件4。該覆蓋部件4形成為環(huán)狀，覆蓋載置臺(tái)2的載置面和/或側(cè)面。通過覆蓋部件4，截?cái)噍d置臺(tái)2和等離子體的接觸，防止載置臺(tái)2被濺射，能夠?qū)崿F(xiàn)防止對(duì)晶片W混入雜質(zhì)。覆蓋部件4例如由石英、單晶硅、聚硅、無定形硅、氮化硅等的材質(zhì)構(gòu)成。其中，優(yōu)選與等離子體的相性好的石英。此外，構(gòu)成覆蓋部件4的上述材質(zhì)優(yōu)選堿金屬、金屬等的雜質(zhì)含量少的高純度的材質(zhì)。
此外，載置臺(tái)2中埋入有阻抗加熱型的加熱器5。該加熱器5通過從加熱器電源5a供電，對(duì)載置臺(tái)2進(jìn)行加熱，利用該熱量對(duì)作為被處理體的晶片W均勻加熱。此外，載置臺(tái)2上配置有熱電偶(TC) 6。通過該熱電偶6進(jìn)行溫度計(jì)測(cè)，將晶片W的加熱溫度控制在例如室溫到900°C的范圍內(nèi)。此外，載置臺(tái)2上設(shè)置有將晶片W搬入處理容器I內(nèi)時(shí)用于晶片W的交接的晶片支撐銷(未圖示)。各晶片支撐銷以相對(duì)于載置臺(tái)2的表面能夠突出或沒入的方式的設(shè)置。在處理容器I的內(nèi)周上設(shè)置有石英構(gòu)成的圓筒狀的內(nèi)襯7。此外，在載置臺(tái)2的外周側(cè)，為了實(shí)現(xiàn)在處理容器I內(nèi)的均勻排氣，設(shè)置具有多個(gè)排氣孔8a的石英制的環(huán)狀的擋板8。該擋板8通過多個(gè)支柱9支撐。在處理容器I的底壁Ia的大致中央部形成有圓形的開口部10。底壁Ia上設(shè)置有 與該開口部10連通，向著下方突出的排氣室11。該排氣室11連接有排氣管12，該排氣管12與排氣裝置24連接。這樣，能夠?qū)μ幚砣萜鱅內(nèi)進(jìn)行真空排氣。處理容器I的上部進(jìn)行開口，處理容器I的上部配置有具備開閉功能(Lid功能)并形成框狀的板13。構(gòu)成框狀的板13的內(nèi)周向著內(nèi)側(cè)(處理容器I內(nèi)的空間)突出，形成環(huán)狀的支撐部13a。該支撐部13a和處理容器I之間通過密封部件14氣密密封。在處理容器I的側(cè)壁Ib上設(shè)置有在等離子體氮化處理裝置100和與其鄰接的搬送室(未圖示)之間進(jìn)行晶片W的搬入搬出用的搬入搬出口 16和開閉該搬入搬出口 16的閘閥17。此外，處理容器I的側(cè)壁Ib上設(shè)置有構(gòu)成為環(huán)狀的氣體導(dǎo)入部15。該氣體導(dǎo)入部15與供給稀有氣體或氮?dú)獾臍怏w供給裝置18連接。其中，氣體導(dǎo)入部15設(shè)置為噴嘴狀或嗔淋頭狀。氣體供給裝置18具有氣體供給源、配管(例如，氣體管線20a、20b、20c)、流量控制裝置(例如，質(zhì)量流量控制器21a、21b)和閥(例如，開閉閥22a、22b)。作為氣體供給源，例如具有稀有氣體供給源19a和氮?dú)夤┙o源1%。氣體供給裝置18作為上述以外的未圖示的氣體供給源，也可以具有例如置換處理容器I內(nèi)氣氛時(shí)使用的清潔氣體供給源。圖I為從稀有氣體供給源19a供給Ar氣體的結(jié)構(gòu)。作為稀有氣體，除此之外例如能夠使用Kr氣體、Xe氣體、He氣體等。稀有氣體中，從經(jīng)濟(jì)性良好的觀點(diǎn)出發(fā)，特別優(yōu)選使用Ar氣體。從氣體供給裝置18的稀有氣體供給源19a和氮?dú)夤┙o源1%，分別經(jīng)由氣體管線(配管)20a、20b供給稀有氣體和氮?dú)?。氣體管線20a、20b，在管線20c合流，從與該管線20c連接的氣體導(dǎo)入部15導(dǎo)入處理容器I內(nèi)。與各氣體供給源連接的各個(gè)氣體管線20a、20b上分別設(shè)置質(zhì)量流量控制器21a、21b和其前后配備的一組開閉閥22a、22b。通過該氣體供給裝置18的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行供給的氣體的切換和流量等的控制。排氣裝置24例如具備渦旋分子泵等的高速真空泵。如前所述，排氣裝置24通過排氣管12與處理容器I的排氣室11連接。處理容器I內(nèi)的氣體，均勻流向排氣室11的空間Ila內(nèi)，使得排氣裝置24動(dòng)作，由此從空間Ila通過排氣管12向外部排氣。由此，將處理容器I內(nèi)高速減壓到規(guī)定的真空度，例如O. 133Pa。形成有在處理容器I的側(cè)壁Ib內(nèi)形成的熱介質(zhì)流路lc。該熱介質(zhì)流路Ic通過熱介質(zhì)導(dǎo)入管25a和熱介質(zhì)排出管25b，與冷卻單元26連接。冷卻單元26使得調(diào)節(jié)到規(guī)定的溫度的熱介質(zhì)在熱介質(zhì)流路Ic中流通，由此對(duì)處理容器I的側(cè)壁Ib進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。接著，對(duì)微波導(dǎo)入裝置27的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。微波導(dǎo)入裝置27作為主要結(jié)構(gòu)具備透過板28、平面天線31、慢波材料33、金屬制覆蓋部件34、波導(dǎo)管37、匹配電路38和微波發(fā)生裝置39。微波導(dǎo)入裝置27為向處理容器I內(nèi)導(dǎo)入電磁波(微波)產(chǎn)生等離子體的等離子體生成單元。具有透過微波的功能的透過板28配置在向板13的內(nèi)周側(cè)突出的支撐部13a上。透過板28由電介質(zhì)例如石英等材質(zhì)構(gòu)成。該透過板28和支撐部13a之間，通過O型環(huán)等的密封部件29氣密密封。因此，處理容器I內(nèi)被保持氣密。平面天線31在透過板28上方(處理容器I的外側(cè))，以與載置臺(tái)2相對(duì)的方式設(shè)置。平面天線31構(gòu)成圓板狀。其中，平面天線31的形狀，不限于圓板狀，例如也可以為四邊板狀。該平面天線31卡止于板13的上端。平面天線31例如由表面鍍金或銀的銅板、鋁板、鎳板和它們的合金等的導(dǎo)電性部件構(gòu)成。平面天線31具有放射微波的多個(gè)縫隙狀的微波放射孔32。微波放射孔32以規(guī)定的圖案貫通平面天線31而形成。各個(gè)微波放射孔32例如如圖2所示，構(gòu)成細(xì)長(zhǎng)的長(zhǎng)方形形狀(縫隙狀)。典型地為，鄰接的微波放射孔32配置成“L”字狀。此外，如此組合成規(guī)定形狀(例如L字狀)配置的微波放射孔32，進(jìn)而整體配置為同心圓狀。微波放射孔32的長(zhǎng)度和排列間隔，對(duì)應(yīng)于微波的波長(zhǎng)(Ag)決定。例如，微波放射孔32的間隔,配置為Xg/4 Ag。圖2中，形成為同心圓狀的鄰接的微波放射孔32之間的間隔用Ar表示。其中，微波放射孔32的形狀也可以為圓形狀、圓弧狀等的其他形狀。并且，微波放射孔32的配置方式?jīng)]有特別限定，除了同心圓狀，也可以配置為螺旋狀、放射狀等。在平面天線31的上表面(平面天線31和金屬制覆蓋部件34之間形成的扁平波導(dǎo)路徑)上設(shè)置有具備比真空大的介電常數(shù)的慢波材料33。該慢波材料33具有由于在真空中微波的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，而使微波的波長(zhǎng)變短，調(diào)整等離子體的功能。作為慢波材料33的材質(zhì)，例如能夠使用石英、聚四氟乙烯樹脂、聚酰亞胺樹脂等。其中，平面天線31和透過板28之間，并且，慢波材料33和平面天線31之間，可以分別接觸，也可以離開，但優(yōu)選接觸。在處理容器I的上部以覆蓋這些平面天線31和慢波材料33的方式設(shè)置有金屬制覆蓋部件34。金屬制覆蓋部件34例如由鋁或不銹鋼等的金屬材料構(gòu)成。通過金屬制覆蓋部件34和平面天線31形成扁平波導(dǎo)路徑，能夠?qū)⑽⒉ň鶆蚬┙o到處理容器I內(nèi)。板13的上端和金屬制覆蓋部件34通過密封部件35密封。此外，在金屬制覆蓋部件34的壁體的內(nèi)部形成有流路34a。該流路34a通過未圖示的配管與冷卻單元26連接。在流路34a中流通來自冷卻單元26的冷卻水等的熱介質(zhì)，由此，能夠冷卻金屬制覆蓋部件34、慢波材料33、平 面天線31和透過板28。此外，金屬制覆蓋部件34接地。金屬制覆蓋部件34的上壁(頂部)的中央形成有開口部36，該開口部36上連接波導(dǎo)管37。波導(dǎo)管37的另一端側(cè)通過匹配電路38與產(chǎn)生微波的微波發(fā)生裝置39連接。波導(dǎo)管37具有從上述金屬制覆蓋部件34的開口部36向著上方延伸的截面為圓形狀的同軸波導(dǎo)管37a ;和經(jīng)由模式轉(zhuǎn)換器40與該同軸波導(dǎo)管37a的上端部連接的在水平方向延伸的矩形波導(dǎo)管37b。模式轉(zhuǎn)換器40具有將以TE模式在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)傳播的微波轉(zhuǎn)換為TEM模式的功能。
在同軸波導(dǎo)管37a的中心延伸存在有內(nèi)導(dǎo)體41。該內(nèi)導(dǎo)體41在其下端部，連接固定于平面天線31的中心。通過該結(jié)構(gòu)，微波經(jīng)由同軸波導(dǎo)管37a的內(nèi)導(dǎo)體41向由平面天線31和金屬制覆蓋部件34形成的扁平波導(dǎo)路徑以放射狀高效均勻地傳播。通過以上結(jié)構(gòu)的微波導(dǎo)入裝置27，使在微波發(fā)生裝置39發(fā)生的微波經(jīng)由波導(dǎo)管37向平面天線31傳播，進(jìn)而從微波放射孔32 (縫隙)經(jīng)由透過板28被導(dǎo)入處理容器I內(nèi)。另外，作為微波的頻率，例如優(yōu)選使用2. 45GHz，其他也能夠使用8. 35GHz、I. 98GHz等。等離子氮化處理裝置100的各構(gòu)成部與控制部50連接而被控制?？刂撇?0典型的為計(jì)算機(jī)，例如，如圖3所示，包括具備CPU的程序控制器51、與該程序控制器51連接的用戶界面52和存儲(chǔ)部53。程序控制器51為在等離子體氮化處理裝置100中，對(duì)與例如溫度、壓力、氣體流量、微波輸出等的處理?xiàng)l件相關(guān)的各構(gòu)成部(例如，加熱器電源5a、氣體供給裝置18、排氣裝置24、微波發(fā)生裝置39等)進(jìn)行總體控制的控制單元。用戶界面52具有工程管理者為了管理等離子體氮化處理裝置100而進(jìn)行命令的輸入操作等的鍵盤；和將等離子體氮化處理裝置100的運(yùn)行狀況可視化顯示的顯示器等。 此外，存儲(chǔ)部53中保存有通過程序控制器51的控制實(shí)現(xiàn)等離子體氮化處理裝置100中執(zhí)行的各種處理用的控制程序(軟件)或存儲(chǔ)處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等的方案等。根據(jù)需要，通過來自用戶界面52的指示等，從存儲(chǔ)部53調(diào)出任意的方案，在程序控制器51執(zhí)行，由此通過程序控制器51控制，在等離子體氮化處理裝置100的處理容器I內(nèi)進(jìn)行期望的處理。此外，上述控制程序、處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等的方案，能夠利用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，例如CD-ROM、硬盤、軟盤、閃存、DVD、藍(lán)光碟等中的狀態(tài)的形式。此外，上述方案還能夠從其他裝置例如經(jīng)由專用線路傳送而利用。如此構(gòu)成的等離子體氮化處理裝置100，在例如室溫(25°C左右)以上600°C以下的低溫，對(duì)晶片W進(jìn)行無損害的等離子體處理。此外，等離子體氮化處理裝置100在等離子體的均勻性方面優(yōu)異，因此，對(duì)大口徑的晶片W (被處理體)也能夠?qū)崿F(xiàn)良好的面內(nèi)均勻性和面間均勻性。接著，說明使用RLSA方式的等離子體氮化處理裝置100的等離子體氮化處理的一般流程。首先，打開閘閥17，從搬入搬出口 16將晶片W搬入處理容器I內(nèi)，載置在載置臺(tái)2上。接著，對(duì)處理容器I內(nèi)進(jìn)行減壓排氣，并從氣體供給裝置18的稀有氣體供給源19a和氮?dú)夤┙o源1%以規(guī)定的流量使稀有氣體和氮?dú)夥謩e經(jīng)由氣體導(dǎo)入部15導(dǎo)入處理容器I內(nèi)。如此，將處理容器I內(nèi)調(diào)整到規(guī)定的壓力。此外，通過冷卻單元26，使得調(diào)節(jié)到規(guī)定溫度的熱介質(zhì)在熱介質(zhì)流路Ic中流通，將處理容器I的側(cè)壁Ib溫度調(diào)節(jié)到規(guī)定的溫度。接著，從微波發(fā)生裝置39中將規(guī)定頻率例如2. 45GHz的微波經(jīng)由匹配電路38導(dǎo)入波導(dǎo)管37。被導(dǎo)入波導(dǎo)管37的微波，依次在矩形波導(dǎo)管37b和同軸波導(dǎo)管37a中傳播，經(jīng)由內(nèi)導(dǎo)體41供給到平面天線31。即，微波在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳播，該TE模式的微波在模式轉(zhuǎn)換器40中，轉(zhuǎn)換為 Μ模式，從同軸波導(dǎo)管37a內(nèi)向平面天線31傳播。微波從貫通平面天線31形成的縫隙狀的微波放射孔32通過透過板28，放射到處理容器I內(nèi)的晶片W的上方空間。通過從平面天線31經(jīng)過透過板28放射到處理容器I中的微波，在處理容器I內(nèi)形成電磁場(chǎng)，將稀有氣體和氮?dú)夥謩e等離子體化。這樣生成的微波激勵(lì)等離子體，微波從平面天線31的多個(gè)微波放射孔32放射，由此，以大約IX 101° 5X IO1Vcm3的高密度并且在晶片W附近形成大約I. 2eV以下的低電子溫度的等離子體。在等離子體氮化處理裝置100中實(shí)施的等離子體氮化處理的條件，能夠作為方案預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50的存儲(chǔ)部53中。程序控制器51讀出該方案，向等離子體氮化處理裝置100的各構(gòu)成部，例如氣體供給裝置18、排氣裝置24、微波發(fā)生裝置39、加熱器電源5a等送出控制信號(hào)，由此在規(guī)定的條件下實(shí)現(xiàn)等離子體氮化處理。<等離子體氮化處理的條件>
在此，對(duì)等離子體氮化處理裝置100中進(jìn)行的等離子體氮化處理的優(yōu)選條件進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的等離子體氮化處理，在下述條件中，特別是處理氣體的流量和流量比率很重要，通過考慮到這些能夠有效排除處理容器I內(nèi)的氧，能夠除去氮摻入量的面間均勻性和顆粒的產(chǎn)生原因。[處理氣體]作為處理氣體，優(yōu)選使用N2氣體和Ar氣體。包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的流量在換算成每IL處理容器I的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min (sccm)]時(shí)處于I. 5(mL/min)/L以上13 (mL/min)L以下的范圍內(nèi)。由此，能夠有效排除處理容器I內(nèi)的氧，能夠除去等離子體氮化處理裝置100中的氮摻入量的面間均勻性和顆粒的產(chǎn)生原因。處理氣體的總流量比I. 5 (mL/min)/L少時(shí)，則不能進(jìn)行處理容器I內(nèi)的氧的排出，在反復(fù)處理晶片W期間，處理容器I的部件(特別是頂板等的石英部件)被氧化，應(yīng)力剝離，成為產(chǎn)生顆粒的原因。另一方面，處理氣體的總流量超過13 (mL/min)/L時(shí)，同樣，不能進(jìn)行氧的排出，石英部件被氧化，成為產(chǎn)生顆粒的原因。另外，總流量的單位[(mL/min)/L]是指每IL處理容器I的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min(sccm)]。例如,處理容器I的容積為55L的情況下，處理氣體的合計(jì)流量為82. 5mL/min(sccm)以上715mL/min(sccm)以下。這種情況下，N2氣體流量例優(yōu)選為4. 7mL/min(sccm)以上225mL/min(sccm)以下的范圍內(nèi)。此外,Ar氣體的流量例如優(yōu)選為95mL/min(sccm)以上275mL/min(sccm)以下的范圍內(nèi)。全處理氣體中所含的N2氣體和Ar氣體的體積流量比(N2氣體/Ar氣體)，從增強(qiáng)等離子體的氮化力，抑制處理容器I內(nèi)的部件(特別是石英部件)的氧化，防止成為顆粒的原因的觀點(diǎn)出發(fā)，例如優(yōu)選O. 05以上O. 8以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選O. 2以上O. 8以下的范圍內(nèi)。[處理壓力]處理壓力從增強(qiáng)等離子體的氮化力的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選設(shè)定為I. 3Pa以上133Pa以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選I. 3Pa以上53. 3Pa以下的范圍內(nèi)。處理壓力不足I. 3Pa時(shí)，會(huì)存在對(duì)基膜的損害，超過133Pa時(shí)，不能得到充分的氮化力，抑制處理容器I內(nèi)的石英部件的氧化、排出顆粒原因的效果變低。[處理時(shí)間]處理時(shí)間優(yōu)選設(shè)定為例如10秒以上300秒以下，更優(yōu)選設(shè)定為30秒以上180秒以下。在換算成每IL處理容器I的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min(sccm)]時(shí)處于I. 5 (mL/min)/L以上13 (mL/min)L以下的范圍內(nèi)產(chǎn)生的包括氮的等離子體帶來的氧的除去效果直到某程度的時(shí)間與處理時(shí)間按比例增大，但是處理時(shí)間過長(zhǎng)，達(dá)到極限，生產(chǎn)率下降。因此，在得到期望的氧排出效果的范圍內(nèi)，優(yōu)選盡可能縮短處理時(shí)間。[微波功率]等離子體氮化處理中的微波的功率密度，從穩(wěn)定并且均勻的產(chǎn)生氮等離子體并且降低處理容器I內(nèi)的溫度從而降低熱應(yīng)力導(dǎo)致的來自石英部件(例如透過板28)的顆粒的觀點(diǎn)出發(fā)，例如優(yōu)選在O. 6ff/cm2以上2. 5ff/cm2以下的范圍。另外，本發(fā)明中微波的功率密度，是指透過板28的每單位面積Icm2的微波功率。[處理溫度]處理溫度(晶片W的加熱溫度)，從降低處理容器I內(nèi)的溫度從而減少熱應(yīng)力導(dǎo)致的來自石英部件(例如透過板28)的顆粒的觀點(diǎn)出發(fā)，作為載置臺(tái)2的溫度，例如優(yōu)選為25V (室溫左右)以上600°C以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選100°C以上500°C以下的范圍內(nèi)。如果降低處理溫度，則氮摻入量降低。但是，使處理氣體的流量為在換算成每IL處理容器I的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min (sccm)]時(shí)處于I. 5 (mL/min) /L以上13 (mL/min) L以下的范圍內(nèi)的大流量，由此能夠抑制溫度降低造成的氮化摻入量的降低，進(jìn)行高摻入量的氮化處理。[冷卻溫度]等離子體氮化處理期間，由等離子體帶來的腔室的熱的增加通過從冷卻單元26向處理容器I的側(cè)壁Ib和金屬制覆蓋部件34的流路34a供給的熱介質(zhì)冷卻。其溫度從降低處理容器I內(nèi)的溫度從而減少熱應(yīng)力產(chǎn)生的來自石英部件(例如透過板28)表面的顆粒的觀點(diǎn)出發(fā)，例如優(yōu)選設(shè)定為5°C以上25°C以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選設(shè)定為10°C以上15°C以下的范圍內(nèi)。以上的等離子體氮化處理的條件作為方案可以預(yù)先保存在控制部50的存儲(chǔ)部53中。程序控制器51讀出該方案，向等離子體氮化處理裝置100的各構(gòu)成部，例如氣體供給裝置18、排氣裝置24、微波發(fā)生裝置39、加熱器電源5a等送出控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)在期望條件下的等離子體氮化處理?！醋饔谩祱D4 圖7，表示在等離子體氮化處理裝置100的處理容器I內(nèi)進(jìn)行等離子體氮化處理時(shí)的石英部件(例如透過板28)的表面的狀態(tài)變化。等離子體氮化處理裝置100的處理容器I內(nèi)進(jìn)行等離子體氮化處理時(shí)，透過板28等的石英部件的表面暴露在氮等離子體中。因此，在石英表面，SiO2被氮化，成為SiON，進(jìn)一步進(jìn)行氮化，如圖4所示，在石英部件的表面形成薄的SiN層101。在圖4的狀態(tài)中，對(duì)多枚晶片W連續(xù)進(jìn)行等離子體氮化處理，例如，如圖5所示，等離子體氮化處理裝置100的處理容器I內(nèi)存在的氧被激勵(lì)，成為原子狀氧(0*)，該原子狀氧(O*)在處理容器I內(nèi)擴(kuò)散，對(duì)透過板28等的石英部件的表面進(jìn)行氧化。作為處理容器I內(nèi)的氧不斷增加的主要原因，能夠舉出在處理對(duì)象的晶片W的表面存在容易放出氧的含氧膜(例如二氧化硅膜、金屬氧化膜、金屬硅氧化膜等)的情況。通過氮等離子體氮化含氧膜例如SiO2膜時(shí)，將氧和氮置換，從該膜中迫出氧原子(0*)，并將其釋放到處理容器I內(nèi)，石英部件的表面被氧化。此外，在晶片W中附著的大氣中的水分等，由于從處理容器I的外部進(jìn)入的氧，同樣在石英部件的表面產(chǎn)生氧化。此外，對(duì)一枚晶片W的處理時(shí)間短的情況下，從晶片W釋放的氧不會(huì)與排氣一起排出，每次少量殘留在處理容器I內(nèi)，隨著晶片W的處理枚數(shù)的增加，容易在處理容器I內(nèi)積蓄。如果進(jìn)行上述結(jié)構(gòu)的氧化，則如圖6所示，在處理容器I內(nèi)的透過板28等的石英部件的表面形成的SiN層101的表面被氧化，形成氮氧化硅層(SiON層)102。S卩，石英部件、的表面附近從內(nèi)部向著表面?zhèn)龋纬蒘i02/SiN/Si0N的層結(jié)構(gòu)。另外，等離子體激勵(lì)的微波功率小的情況下，由于氮化力降低，所以相對(duì)地氧的影響力增強(qiáng)，容易進(jìn)行氧帶來的石英部件的氧化。在如圖6所示，在形成有SiON層102的狀態(tài)下，對(duì)多個(gè)晶片W繼續(xù)進(jìn)行等離子體氮化處理期間，熱應(yīng)力增加時(shí)，由于SiON層102和SiN層101的熱膨脹率不同，而在SiON層102上產(chǎn)生斷裂，如圖7所示，SiON層102剝離。這被認(rèn)為是產(chǎn)生顆粒P的原因。本實(shí)施方式的等離子體氮化處理方法，以在換拴成每IL處理容器I的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min (sccm)]時(shí)處于I. 5 (mL/min)/L以上13 (mL/min)L以下的范圍內(nèi)的方式將大流量的處理氣體導(dǎo)入處理容器I內(nèi)，通過排氣裝置24排氣，同時(shí)進(jìn)行等離子體氮化處理。由此，能夠使從晶片W釋放的氧原子(氧 自由基)、氧離子、或在處理容器I內(nèi)附著或滯留的氧源迅速排出到處理容器I外。其結(jié)果，即使在處理容器I內(nèi)反復(fù)實(shí)施等離子體氮化處理，通常也能夠?qū)⑹⒉考谋砻婢S持在圖4所示的狀態(tài)(形成SiN層101的狀態(tài))。即，通過導(dǎo)入大流量的處理氣體和排氣，從處理容器I內(nèi)將成為石英部件等的表面氧化的原因的氧原子(氧自由基)、氧離子、或存在于處理容器I內(nèi)的氧源排出，抑制SiON層102的形成，因此，維持難以產(chǎn)生熱應(yīng)力帶來的剝離的狀態(tài)。因此，能夠?qū)⑷缟纤鍪⒉考谋砻鎰冸x造成顆粒的現(xiàn)象防止于未然。此外，從上述石英部件剝離SiON層102，主要是由于熱應(yīng)力產(chǎn)生，因此通過降低處理容器I內(nèi)的溫度，能夠進(jìn)一步可靠降低顆粒的產(chǎn)生。從上述觀點(diǎn)出發(fā)，例如將處理溫度(載置臺(tái)2的加熱器5對(duì)晶片W的加熱溫度)、微波發(fā)生裝置39產(chǎn)生的微波功率、冷卻單元26的熱介質(zhì)的溫度設(shè)定的低很有效。這種情況下，處理容器I內(nèi)的溫度降低時(shí)，氮化速度也有降低的傾向，但是，如上所述，處理氣體的流量預(yù)先設(shè)置為大流量，由此能夠回避氮化速度的極端降低。即，通過處理氣體的流量增加能夠補(bǔ)償處理容器I的溫度降低帶來的氮化速度的降低。此外，處理容器I內(nèi)，使處理氣體的流量為在換算成每IL處理容器I的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min (sccm)]時(shí)處于I. 5 (mL/min)/L以上13 (mL/min)L以下的范圍內(nèi)的大流量。由此，從被處理的晶片W產(chǎn)生的氣體，在每處理一枚時(shí)容易從處理容器I內(nèi)排出。因此，能夠排除接著處理的晶片W被前面的晶片W產(chǎn)生的氣體影響，由此能夠大幅度改善晶片W間的處理的均勻性。接著，對(duì)本發(fā)明的基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明。實(shí)驗(yàn)例I :使用與圖I的等離子體氮化處理裝置100同樣的結(jié)構(gòu)的裝置，在下述的總流量小的氮化條件l-Α、總流量大的氮化條件I-B和I-C下，分別對(duì)25枚晶片W重復(fù)實(shí)施等離子體氮化處理。晶片W使用表面具有硅氧化膜的物質(zhì)。對(duì)等離子體氮化處理后的附有氧化膜的晶片，測(cè)定硅氧化膜中的氮摻入量，評(píng)價(jià)晶片間的氮摻入量的均勻性?？偭髁啃〉牡瘲l件I-A的結(jié)果如圖8所示，總流量大的氮化條件I-B的結(jié)果如圖9所示，總流量大的氮化條件I-C的結(jié)果如圖10所不。圖8 圖10中，橫軸表不晶片序號(hào)，面對(duì)時(shí)左側(cè)的縱軸表不晶片W上的9處的平均氮摻入量，面對(duì)時(shí)右側(cè)的縱軸表示作為均勻性指標(biāo)的Range/2Ave. (%)[即，(氮摻入量的最大值-氮摻入量的最小值)/ (2X平均氮摻入量)的百分率]?！吹瘲l件1-A>
處理壓力20PaAr 氣體流量60mL/min (sccm)N2 氣體流量20mL/min (sccm)總流量80mL/min(sccm)微波的頻率2. 45GHz微波功率1500W (功率密度O. 76ff/cm2)處理溫度500°C處理時(shí)間90秒
晶片直徑300mm處理容器容積55L (總流量小1· 45 (mL/min) /L)〈氮化條件1_B>處理壓力20PaAr 氣體流量255mL/min (sccm)N2 氣體流量70mL/min (sccm)總流量325mL/min(sccm)微波的頻率2. 45GHz微波功率1500W (功率密度O. 76ff/cm2)處理溫度500 O處理時(shí)間90秒晶片直徑300mm處理容器容積55L (總流量大5· 91 (mL/min) /L)〈氮化條件1-C>處理壓力20PaAr 氣體流量195mL/min (sccm)N2 氣體流量130mL/min (sccm)總流量325mL/min(sccm)微波的頻率2. 45GHz微波功率2000W (功率密度I. Olff/cm2)處理溫度500 O處理時(shí)間90秒晶片直徑300mm處理容器容積55L (總流量大5· 91 (mL/min) /L)如圖8 圖10所示，關(guān)于平均氮摻入量(黑色菱形的塊)，與總流量小的條件I-A(圖8)相比,在總流量大的條件I-B(圖9)、條件I-C(圖10)下上升。此外,關(guān)于Range/2Ave(白色四邊形塊)，在晶片間比較，總流量小的條件I-A (圖8)為3. 800%，流量大的條件I-B(圖9)為2. 338%、總流量大的條件I-C (圖10)為I. 596%。在總流量大的條件I-B (圖9)、條件I-C (圖10)下，在晶片間的氮摻入量的不均較少，可以確認(rèn)晶片間的處理的均勻性(面間均勻性)較高。因此，可以確認(rèn)在等離子體氮化處理中，與總流量小的條件I-A相比，在總流量大的條件1-B、1-C下，氮摻入量在晶片間的均勻性良好。
實(shí)驗(yàn)例2 使用與圖I的等離子體氮化處理裝置100同樣的結(jié)構(gòu)的裝置，在下述氮化條件2-A和氮化條件2-B下，分別對(duì)約30000枚替代晶片重復(fù)實(shí)施進(jìn)行等離子體氮化處理的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。作為替代晶片，使用表面具有硅氧化膜的晶片。對(duì)等離子體氮化處理后的替代晶片，用顆粒計(jì)數(shù)器計(jì)測(cè)顆粒數(shù)。在圖11中表示其結(jié)果。另外，氮化條件2-A相對(duì)的處理氣體的流量為小流量，氮化條件2-B相對(duì)的處理容器的流量為大流量?！吹瘲l件2-A>處理壓力20PaAr 氣體流量48mL/min (sccm)
N2 氣體流量32mL/min (sccm)總流量80mL/min(sccm)微波的頻率2. 45GHz微波功率1500W (功率密度O. 76ff/cm2)處理溫度500°C處理時(shí)間90秒晶片直徑300mm處理容器容積55L (總流量小1· 45 (mL/min) /L)〈氮化條件2_B>處理壓力20PaAr 氣體流量271mL/min (sccm)N2 氣體流量54mL/min (sccm)總流量325mL/min(sccm)微波的頻率2. 45GHz微波功率1500W (功率密度O. 76ff/cm2)處理溫度500°C處理時(shí)間90秒晶片直徑300mm處理容器容積55L (總流量大5· 91 (mL/min) /L)如圖11所示，在總流量小的氮化條件2-A下，通過實(shí)施等離子體氮化處理，從15000枚前后顆粒數(shù)大幅度增加。另一方面，在總流量大的氮化條件2-B下，約30000枚處理結(jié)束的時(shí)點(diǎn)也幾乎沒有產(chǎn)生顆粒數(shù)的增加。這是因?yàn)樵诳偭髁看蟮牡瘲l件2-B下，在處理容器內(nèi)產(chǎn)生的氧被迅速排出，不會(huì)滯留在處理容器內(nèi)，抑制石英部件等的氧化，難以形成成為顆粒的原因的SiON層。因此，可以確認(rèn)通過總流量大的等離子體氮化處理，能夠有效降低處理容器內(nèi)產(chǎn)生的顆粒。實(shí)驗(yàn)例3 下面，使微波功率從1000W(透過板單位Icm2的功率密度(以下，記為“功率密度”)O. 5W/cm2)到2000W(功率密度1. OW/cm2)按照每IOOW分階段變化，除此之外，與實(shí)施例2的條件2-B相同，對(duì)在表面具有6nmSi02膜的晶片25枚分別進(jìn)行等離子體氮化處理。對(duì)SiO2膜中的氮摻入量和在其晶片面內(nèi)的Range/2AVe. (%)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在圖12中表示其結(jié)果。微波功率在1200W (功率密度O. 6ff/cm2)以上2000W (功率密度I. Off/cm2)以下的范圍內(nèi)，氮摻入量的晶片內(nèi)的均勻性(面內(nèi)均勻性)良好。實(shí)施例4:使用與圖I的等離子體氮化處理裝置100相同的結(jié)構(gòu)的裝置，在與實(shí)施例2同樣的條件2-A、條件2 -B下，實(shí)施對(duì)表面具有SiO2膜的多數(shù)晶片，連續(xù)進(jìn)行等離子體氮化處理的運(yùn)行試驗(yàn)。在條件2-A下處理少于約30000枚的晶片W，在條件2-B下處理少于約85000枚的晶片W。其后，通過電子顯微鏡確認(rèn)透過板28的表面附近的截面，并且通過能量分散型X射線分析裝置(EDS)分析同部位的元素存在比。在圖13種表示其結(jié)果。從圖13可知，在總流量小的條件2-A的情況下，通過EDS分析的氮的存在深度為O. 2μπι。在該深度范圍中不包括氧，因此，可以確認(rèn)在少于約30000枚的處理枚數(shù)，在透過板28的表面形成SiON層。這是因?yàn)閷?duì)氧化膜氮化時(shí)，從膜釋放的氧對(duì)透過板28的表面進(jìn)行氧化。另一方面，在條件2-Β的情況下，通過EDS分析可知氮的存在深度為I μ m。該深度范圍不含氧，因此，可以確認(rèn)即使在處理少于約85000枚的晶片之后，也能夠維持SiN層。因此，可以確認(rèn)通過在總流量大的條件2-B下進(jìn)行等離子體氮化處理，處理枚數(shù)即使達(dá)到85000枚，也能夠抑制在處理容器I內(nèi)的石英部件表面形成作為產(chǎn)生顆粒原因的SiON層。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的等離子體氮化處理方法，將包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體導(dǎo)入處理容器I內(nèi)，該處理氣體得流量在換算成每IL處理容器I的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min (sccm)]時(shí)處于1.5 (mL/min) /L以上13 (mL/min) L以下的范圍內(nèi)。由此，抑制處理容器I內(nèi)的石英部件表面的氧化，能夠有效抑制處理容器I內(nèi)的顆粒的產(chǎn)生，并且能夠確保晶片W之間的處理的均勻性。因此，在等離子體氮化處理裝置100中，能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒的產(chǎn)生較少的可靠性高的等離子體氮化處理。接著，對(duì)能夠與本發(fā)明的等離子體氮化處理方法組合實(shí)施的作為前處理的等離子體調(diào)整方法進(jìn)行說明。該等離子體調(diào)整方法涉及為了降低顆粒、污染物(金屬元素、堿金屬元素等帶來的污染)，對(duì)等離子體氮化處理裝置100的處理容器I內(nèi)進(jìn)行調(diào)整的方法。一直以來，等離子體氮化處理裝置100啟動(dòng)時(shí)(開始)、分解、進(jìn)行部件交換等的維修后，實(shí)施基于共同條件的等離子體調(diào)整?，F(xiàn)有的等離子體調(diào)整，是在處理容器I內(nèi)產(chǎn)生氧等離子體和氮等離子體。該等離子體調(diào)整，例如需要13 14小時(shí)左右。但是，由于不論處理容器I內(nèi)的狀態(tài)，在一律相同條件、相同時(shí)間進(jìn)行等離子體調(diào)整，因此，裝置的停止運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)。此夕卜，由于長(zhǎng)時(shí)間的等離子體照射，還有縮短處理容器I內(nèi)的部件(例如透過板28)的壽命的問題。因此，重新考慮等離子體調(diào)整的方案，對(duì)應(yīng)于處理容器I內(nèi)的狀態(tài)(特別是污染水平)，準(zhǔn)備三階段的等離子體調(diào)整方案(第一 第三方案)。第一方案是等離子體氮化處理裝置100的啟動(dòng)(開始)時(shí)實(shí)施的方案。第二方案是在比較費(fèi)事的維修后實(shí)施的方案。在此，作為比較費(fèi)事的維修，例如可以舉出載置臺(tái)2的更換、伴隨載置臺(tái)2的拆卸的維修的情況。第三方案時(shí)實(shí)施比較輕微的維修后進(jìn)行的方案。在此，作為比較輕微的維修，例如能夠舉出透過板28的更換、排氣裝置24的渦輪分子泵的更換、閘閥17的O型環(huán)或閥體的更換等。例舉第一到第三方案的內(nèi)容。按照第一方案 > 第二方案 > 第三方案的順序，等離子體調(diào)整的程度高，根據(jù)第一方案，與現(xiàn)有的等離子體調(diào)整相同內(nèi)容，以最徹底的內(nèi)容進(jìn)行等離子體調(diào)整。[第一方案]按照以下的高壓氧化調(diào)整、低壓氧化調(diào)整、無晶片直射調(diào)整和氮化調(diào)整的順序?qū)嵤?。等離子體調(diào)整需要的時(shí)間合計(jì)為13 14小時(shí)左右。此外，本說明書中，所謂的“高壓”、“低壓”，是為了區(qū)別徹底的真空條件下的壓力的不同的相對(duì)地表示。以下，表示各調(diào)整的工藝條件。〈高壓氧化調(diào)整〉處理壓力400Pa微波的頻率2. 45GHz 微波功率3800W (功率密度1. 95ff/cm2)Ar 氣體流量200mL/min (sccm)H2 氣體流量20mL/min (sccm)O2 氣體流量80mL/min (sccm)處理溫度500 O處理時(shí)間·次數(shù)60秒X 10個(gè)循環(huán)使用晶片3枚〈低壓氧化調(diào)整〉處理壓力67Pa微波的頻率2. 45GHz微波功率3200W (功率密度1. 64ff/cm2)Ar 氣體流量200mL/min (sccm)H2 氣體流量20mL/min (sccm)O2 氣體流量80mL/min (sccm)處理溫度500°C處理時(shí)間·次數(shù)60秒X 30個(gè)循環(huán)使用晶片10枚〈無晶片直射調(diào)整〉處理壓力67Pa微波的頻率2. 45GHz微波功率3200W (功率密度1. 64ff/cm2)Ar 氣體流量200mL/min (sccm)H2 氣體流量20mL/min (sccm)O2 氣體流量80mL/min (sccm)處理溫度500°C處理時(shí)間·次數(shù)60秒X 10個(gè)循環(huán)使用晶片無〈氮化調(diào)整〉處理壓力20Pa微波的頻率2. 45GHz
微波功率2000W (功率密度1. Off/cm2)Ar 氣體流量48mL/min (sccm)N2 氣體流量32mL/min (sccm)處理溫度500°C處理時(shí)間·次數(shù)60秒X 10個(gè)循環(huán)使用晶片5枚[第二方案] 在實(shí)施以下的無晶片直射調(diào)整之后，交替反復(fù)進(jìn)行高壓氧化調(diào)整和低壓氧化調(diào)整，其后，實(shí)施氮化調(diào)整。等離子體調(diào)整需要的時(shí)間合計(jì)為7 8小時(shí)左右。以下，表示各調(diào)整的工藝條件。<無晶片直射調(diào)整>處理壓力67Pa微波的頻率2. 45GHz微波功率3200W (功率密度1. 64ff/cm2)Ar 氣體流量200mL/min (sccm)H2 氣體流量20mL/min (sccm)O2 氣體流量80mL/min (sccm)處理溫度500°C處理時(shí)間·次數(shù)60秒X 30個(gè)循環(huán)使用晶片無<高壓氧化調(diào)整>處理壓力400Pa微波的頻率2. 45GHz微波功率3800W (功率密度1. 95ff/cm2)Ar 氣體流量200mL/min (sccm)H2 氣體流量20mL/min (sccm)O2 氣體流量80mL/min (sccm)處理溫度500°C處理時(shí)間·次數(shù)60秒X I個(gè)循環(huán)〈低壓氧化調(diào)整〉處理壓力67Pa微波的頻率2. 45GHz微波功率3200W (功率密度1. 64ff/cm2)Ar 氣體流量200mL/min (sccm)H2 氣體流量20mL/min (sccm)O2 氣體流量80mL/min (sccm)處理溫度500°C處理時(shí)間·次數(shù)60秒X I個(gè)循環(huán)高壓氧化調(diào)整和低壓氧化調(diào)整，使用I枚晶片反復(fù)進(jìn)行30個(gè)循環(huán)。
〈氮化調(diào)整〉處理壓力20Pa微波的頻率2. 45GHz微波功率2000W (功率密度1. Off/cm2)Ar 氣體流量48mL/min (sccm)N2 氣體流量32mL/min (sccm)處理溫度500 O處理時(shí)間·次數(shù)60秒X 50個(gè)循環(huán)
使用晶片1枚[第三方案]在實(shí)施以下的無晶片直射調(diào)整之后，只實(shí)施氮化調(diào)整。等離子體調(diào)整需要的時(shí)間，合計(jì)為2 3小時(shí)左右。以下，表示各調(diào)整的工藝條件。<無晶片直射調(diào)整>處理壓力20Pa微波的頻率2. 45GHz微波功率2000W (功率密度1. Off/cm2)Ar 氣體流量48mL/min (sccm)N2 氣體流量32mL/min (sccm)處理溫度500°C處理時(shí)間·次數(shù)60秒X 30個(gè)循環(huán)使用晶片無〈氮化調(diào)整〉處理壓力20Pa微波的頻率2. 45GHz微波功率2000W (功率密度1. Off/cm2)Ar 氣體流量48mL/min (sccm)N2 氣體流量32mL/min (sccm)處理溫度500 O處理時(shí)間·次數(shù)60秒X 50個(gè)循環(huán)使用晶片1枚接著，利用上述第一 第三方案進(jìn)行等離子體調(diào)整，測(cè)定等離子體調(diào)整前后的晶片W的污染物量。污染物量的測(cè)定，針對(duì)Al、Cu、Na、Cr、Fe、K來進(jìn)行。圖14和圖15為第一方案的情況，圖14表示晶片W的表面的污染物量的測(cè)定結(jié)果，圖15表示晶片W的背面的污染物量的測(cè)定結(jié)果。同樣，圖16和圖17為第二方案的情況，圖16為晶片W的表面的污染物量的測(cè)定結(jié)果，圖17為晶片W的背面的污染物量的測(cè)定結(jié)果。進(jìn)而，圖18為第三方案的情況，表示等離子體調(diào)整后的晶片W的表面和背面的污染物量的測(cè)定結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，污染物量的基準(zhǔn)值設(shè)定為IOX 101° [atom/cm2]。參照?qǐng)D14 圖18，通過第二方案(圖16和圖17)、第三方案(圖18)的等離子體調(diào)整，使得晶片W表面和背面的污染物量均在基準(zhǔn)值以下。即，可以確認(rèn)通過第二方案、第三方案的等離子體調(diào)整，能夠?qū)⑽廴疚锏牧拷档偷脚c第一方案的等離子體調(diào)整的情況(圖14和圖15)相同水平。等離子體調(diào)整需要的時(shí)間，第一方案的等離子體調(diào)整為100時(shí)，第二方案能縮短到41 (B卩，1/2以下)、第三方案能縮短到19 (約1/5)。即，對(duì)應(yīng)于處理容器I內(nèi)的污染物水平，選擇第一 第三方案的任一個(gè)，由此能夠縮短等離子體調(diào)整的時(shí)間，因此，能夠縮短等離子體氮化處理裝置100的停機(jī)時(shí)間，能夠提高生產(chǎn)效率。此外，通過縮短等離子體調(diào)整的時(shí)間，能夠消減對(duì)處理容器I內(nèi)的消耗部件的等離子體照射時(shí)間，因此能夠使得例如透過板28等的石英部件的壽命長(zhǎng)期化。以上的等離子體調(diào)整方法作為前處理方法，與本發(fā)明的等離子體氮化處理方法組合實(shí)施，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒量和污染物量的降低。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)大力抑制顆粒污染和污染物的半導(dǎo)體工藝，提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。此外，等離子體處理裝置中，進(jìn)行本等離子體調(diào)整之后,進(jìn)行等離子體氮化處理，由此能夠提高生產(chǎn)率。以上，以示例為目的詳細(xì)說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明 不受上述實(shí)施方式的制約。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不脫離本發(fā)明的思想和范圍而實(shí)現(xiàn)很多改變，這些也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，上述實(shí)施方式，使用了 RLSA方式的等離子體氮化處理裝置100，但也可以使用其它方式的等離子體處理裝置，例如也可以利用平行平板方式、電子回旋加速共鳴(ECR)等離子體、磁控管等離子體、表面波等離子體(SWP)等方式的等離子體處理裝置。此外，上述實(shí)施方式，舉出半導(dǎo)體晶片作為被處理體的等離子體氮化處理為例進(jìn)行說明，但作為被處理體的基板，也可以使用例如FPD (平面顯示器)用的基板或太陽電池
用基板等。本國(guó)際申請(qǐng)，基于2010年3月31日申請(qǐng)的日本國(guó)專利申請(qǐng)2010-81989號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，在此引用該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。符號(hào)說明I處理容器2載置臺(tái)3支撐部件5加熱器12排氣管15氣體導(dǎo)入部16搬入搬出口17 閘閥18氣體供給裝置19a稀有氣體供給源19b氮?dú)夤┙o源24排氣裝置28透過板29密封部件31平面天線32微波放射孔
37波導(dǎo)管37a同軸波導(dǎo)管37b矩形波導(dǎo)管39微波發(fā)生裝置50控制部51程序控制器52用戶界面53存儲(chǔ)部 100等離子體氮化處理裝置W晶片(半導(dǎo)體基板)
權(quán)利要求
1.一種等離子體氮化處理方法，其特征在于 以使包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的流量在換算成每IL的處理容器的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min (sccm)]時(shí)處于I. 5 (mL/min)/L以上13 (mL/min)/L以下的范圍內(nèi)的方式，將所述處理氣體導(dǎo)入等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)，在所述處理容器內(nèi)產(chǎn)生含氮等離子體，利用該含氮等離子體，更換具有含氧膜的被處理體，并對(duì)多個(gè)被處理體的含氧膜進(jìn)行氮化處理。
2.如權(quán)利要求I所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述氮?dú)夂拖∮袣怏w的體積流量比(氮?dú)?稀有氣體)在O. 05以上O. 8以下的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述氮?dú)獾牧髁吭?. 7mL/min (sccm)以上225mL/min (sccm)以下的范圍內(nèi)，并且所述稀有氣體的流量在95mL/min (sccm)以上275mL/min (sccm)以下的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求I所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述處理容器內(nèi)的壓力為I. 3Pa以上133Pa以下的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求I所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述等離子體氮化處理中對(duì)I枚被處理體的處理時(shí)間在10秒以上300秒以下。
6.如權(quán)利要求I所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述等離子體處理裝置包括 上部具有開口的所述處理容器； 配置在所述處理容器內(nèi)，載置被處理體的載置臺(tái)； 與所述載置臺(tái)相對(duì)設(shè)置，塞住所述處理容器的開口并且使微波透過的透過板； 設(shè)置在所述透過板的外側(cè)，具有用于向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波的多個(gè)縫隙的平面天線. 從氣體供給裝置向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的氣體導(dǎo)入部；和 對(duì)所述處理容器內(nèi)進(jìn)行減壓排氣的排氣裝置， 所述氮等離子體為通過所述處理氣體和由所述平面天線導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)的微波而形成的微波激勵(lì)等離子體。
7.如權(quán)利要求6所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述微波的功率密度相對(duì)于所述透過板的每單位面積處于O. 6ff/cm2以上2. 5ff/cm2以下的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 處理溫度作為所述載置臺(tái)的溫度處于25°C (室溫)以上600°C以下的范圍內(nèi)。
9.一種等離子體氮化處理裝置，其包括 上部具有開口的所述處理容器； 配置在所述處理容器內(nèi)，載置被處理體的載置臺(tái)； 與所述載置臺(tái)相對(duì)設(shè)置，塞住所述處理容器的開口并且使微波透過的透過板； 設(shè)置于所述透過板的外側(cè)，具有用于向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波的多個(gè)縫隙的平面天線. 從氣體供給裝置向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體的氣體導(dǎo)入部; 對(duì)所述處理容器內(nèi)進(jìn)行減壓排氣的排氣裝置； 以在所述處理容器內(nèi)對(duì)被處理體進(jìn)行等離子體氮化處理的方式進(jìn)行控制的控制部 所述等離子體氮化處理裝置的特征在于 所述控制部執(zhí)行如下步驟， 通過所述排氣裝置對(duì)所述處理容器內(nèi)進(jìn)行排氣，將所述處理容器內(nèi)減壓到規(guī)定的壓力的步驟； 從所述氣體供給裝置經(jīng)由所述氣體導(dǎo)入部向所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入所述包括氮?dú)夂拖?有氣體的處理氣體的步驟，所述處理氣體得流量在換算成每IL所述處理容器的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min (sccm)]時(shí)處于I. 5 (mL/min)/L以上13 (mL/min)/L以下的范圍內(nèi)，； 經(jīng)由所述平面天線和所述透過板將所述微波導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)，在所述處理容器內(nèi)產(chǎn)生含氮等離子體的步驟；和， 通過所述含氮等離子體，對(duì)具有含氧膜的被處理體的該含氧膜進(jìn)行氮化處理的步驟。
全文摘要
向等離子體氮化處理裝置(100)的處理容器(1)中，導(dǎo)入包括氮?dú)夂拖∮袣怏w的處理氣體，處理氣體的流量在換算成每1L所述處理容器的容積的處理氣體的合計(jì)流量[mL/min(sccm)]時(shí)處于1.5(mL/min)/L以上13(mL/min)/L以下的范圍內(nèi)，在處理容器(1)內(nèi)產(chǎn)生含氮等離子體，更換晶片W并連續(xù)進(jìn)行氮化處理。氮?dú)夂拖∮袣怏w的體積流量比(氮?dú)?稀有氣體)優(yōu)選為0.05以上0.8以下的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H01L21/318GK102725834SQ201180007086
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者山崎和良, 田村大輔, 野口秀幸, 高槻浩一, 齊藤智博 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社